镁合金作为最轻的金属结构材料,具有比强度高,减震性、电磁屏蔽性强,易切削加工、易回收等优点,在汽车、电子、航空航天和国防军工领域具有较大的应用潜力。然而,镁合金的熔沸点、燃点都比较低,化学性质活泼,焊接过程中容易出现气孔、粗晶等问题,特别是焊接组织与母材组织之间的显著差异,导致镁合金焊接接头的力学性能普遍较差,与母材相差甚远,严重限制了镁合金的发展与应用。本文针对此问题,分别以双面TIG焊的AZ31镁合金和AZ80镁合金为研究对象,对其进行焊后加工,主要包括余高轧制和热处理。通过实验结合模拟的方式,分析了焊缝余高轧制工艺的变形特点,研究了不可热处理强化的AZ31镁合金和可热处理强化的AZ80镁合金,在焊后处理过程中的显微组织、焊接气孔以力学性能演化特点,以及强化机理。主要研究结论如下:(1)模拟结果显示,余高轧制过程中,焊接板材上的应变分布并不均匀,分为咬入区、稳定变形区和板材离辊区,应变分布与轧制压下量紧密相关。余高轧制不仅使焊缝区发生变形,还会使焊缝周边区域发生间接变形,对变形区实现形变强化,热变形时还会激发动态再结晶,细化组织。(2)AZ31镁合金焊接接头的抗拉强度和延伸率,都随着余高轧制压下量的增加而显著升高。当压下量达到一定值时,拉伸断裂位置由焊缝转移至母材,此时焊接接头的拉伸性能几乎与母材相同。焊接区的局部形变强化是AZ31镁合金余高轧制过程中的最主要强化机制,室温轧制即可大幅提升AZ31焊接接头的力学性能,但是轧制压下量超过20%后焊缝区容易开裂。变形温度升高,可显著提升焊接接头的塑性,降低焊缝轧制开裂倾向,但同时会削弱形变强化效果,需要更大的变形量才能使焊缝区的强度高于母材,从而使断裂位置转移。(3)AZ80镁合金经过TIG焊后,焊缝区产生大量Mg17Al12相,会在后续的余高轧制过程中增强形变硬化效果,影响再结晶行为,而热影响区的第二相溶解,失去了Mg17Al12相对晶界的钉扎作用,晶粒在后续固溶处理过程中很容易发生异常长大,导致该区域强度降低。合理的复合处理工艺,可在提高焊缝区强度的同时有效缓解热影响区晶粒长大,充分改善镁合金焊接接头的组织性能。(4)铝含量较高的AZ80镁合金在焊接过程中更容易产生气孔,余高轧制工艺可有效消除焊缝中的气孔。随着轧制压下量的增加,气孔逐渐闭合。轧制温度偏低时,可能会在气孔周围产生裂纹,不利于焊接接头的力学性能,轧制温度升高可提高镁合金塑性,避免裂纹的出现。(5)AZ80镁合金的变形抗力较大,在低于300℃进行余高轧制时焊缝很容易开裂,轧制过程难以进行。在合理的轧制温度范围内,AZ80焊接接头的综合力学性能随着轧制压下量的增加而显著升高,主要强化机制为形变强化、细晶强化以及焊缝中气孔的闭合,几种强化机制在350℃左右得到最好的配合。(6)AZ80焊接接头在余高轧制后进行时效的过程中,Mg17Al12相在孪晶界、孪晶内外、变形区和未变形区的析出形貌、尺寸与分布都存在差异。采用余高轧制与热处理相结合的焊后复合处理,可以控制各个区域的显微组织,从而影响焊接接头的力学性能。存在焊接气孔的AZ80焊接接头经过焊后复合处理,屈服强度达到200MPa(母材的85%),抗拉强度314MPa(母材的88%),延伸率4.5%(母材的45%)。(7)无法得到焊缝余高或余高不足时,可对镁合金焊接板材进行无余高的整体热轧,通过动态再结晶细化各区域显微组织,缩小晶粒尺寸差异,提高焊接接头强度。低温短时间的去轧制应力退火可使焊接接头的塑性提升,得到更好的综合力学性能。